旋转机械不平衡故障的诊断
chap3_旋转机械故障诊断
Chap 3 旋转机械故障诊断
3.1 转子不平衡故障诊断
带有各种零件的转子在运转中可能发生松动，例如叶轮、平衡盘、止 推盘在轴上配合的过盈量不足，或者键槽配合太松，使转子在高转速下发生 松动；还有材料选择不良或是工作介质腐蚀性严重，引起轴套和轮壳内部发 生腐蚀而松动。此外，滚动轴承外圈配合间隙过大，轴在旋转时外圈也跟着 作不同步的旋转，也会发生类似松动的故障。 ① 松动的零件随着转速的升高离心力迅速增大 ； ② 由于存在松动间隙，振动将出现明显的非线性影响因素，在频谱图上出 现大量转速频率的谐波，偶然也可能出现1/2、1/3转速频率的次谐波成分； ③ 如果松动间隙较大，零件的不平衡矢量随机地绕轴转动。振幅不稳定， 相位随时间变化； ④ 如果转子在稳态下产生零部件松动，则可能会产生“拍振”现象，拍振 的频率一个是轴的转速频率，另一个是稍低于轴速度的松动零件转速频率。
2015/6/26Friday
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Chap 3 旋转机械故障诊断
3.1 转子不平衡故障诊断
转子运行中的不平衡分转子弯曲和转子平衡状态破坏两种。
转子弯曲
转子临时性弯曲，是指转子因外部环境影响或外力的作用而产生弯曲变 形，这种变形不需经过动平衡，而是只需采取一些简单的措施（如经过低速长 时间盘车方式）或改变操作方式即可减缓或消除不平衡振动。如，转子受热不 均；自重引起临时性弯曲；气流冲击、温度和载荷突变引起的弯曲等。 转子发生永久性弯曲，是指经过慢转转子的方式仍然无法恢复转子的弯 曲状态，转子在盘车过程中仅仅依靠本身的重量施加在轴上产生的交变力，不 足以释放转轴内部已形成的弯曲应力，因此变成永久性弯曲变形。很难用动平 衡方法消除。
ISO1940平衡精度等级：G0.4开始，按2.5倍递增。一般转子G6.3。
旋转机械的状态监测及故障诊断
同步振动：工作频率=激振频率。 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应 一般采用滚动轴承
2）系统分类——以临界转速分类
⑵ 柔性转子系统--工作转速在一阶临界转速以上的 系统
判别依据：一般工作频率>100Hz的机械系统属于柔性转 子系统。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
4）旋转机械的转速检测
齿式轮盘测速 转速测量一般是在轴的测量圆周上设置多个凹槽
或凸键标己或者在轴上安装一个齿轮盘使每转产生多 个脉冲。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
5）轴向位移检测
测量转子的轴 向位移时，测量面 应该与轴是一个整 体，这个测量面以 探头中心线为中心。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
6）轴心轨迹测试
轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转 和振动情况，是故障诊断中常用的非常重要的特征信 息。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
正向进动（轴转向与轴心轨迹 转向一致）----例如：转子不 平衡、不对中、油膜失稳产生 的亚同步涡动、内摩擦激发的 涡动等均为正向进动。绝大多 数为正向进动。
振动特点：振动频率（自激振动）<工作频率，并与一阶 横向自振频率有关。
自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而 产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。
一般采用滑动轴承。
两种系统振动特点比较
激振原因
频率与工作 频率的关系
强迫振动（刚性系统）
由于外部激振力 或激振位移引起的
振动频率与工作频率同步
1 旋转机械的状态特征参数与测试
3）旋转机械振动相位检测
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断主要是通过观察和分析机械运行过程中
的异常现象来判断故障原因。
以下是一些常见的旋转机械
故障诊断方法：
1. 震动分析：通过测量机械运行时的振动幅值和频率，分
析振动的特点和变化趋势，判断故障位置和类型。
常见的
故障类型包括不平衡、轴承损坏和轴承松动等。
2. 温度监测：通过测量机械的各个部件的温度，判断是否
存在过热的情况。
过高的温度可能是由于摩擦、润滑不良
或散热不良等原因引起的故障。
3. 声音分析：通过对机械工作过程中产生的声音进行分析，判断是否存在异响或噪音。
噪音可以是由于轴承损坏、齿
轮磨损或螺栓松动等引起的。
4. 润滑油分析：通过对机械润滑油的化学成分和物理性质
进行分析，判断是否存在金属粉末、水分或杂质等异常。
这些异常可能是由于零件磨损或润滑油质量不佳引起的故障。
5. 可视检查：通过对机械各个部件的外观进行检查，观察
是否存在磨损、裂纹或松动等现象。
这可以帮助诊断轴承、齿轮和联接件等部件的故障。
以上是常见的旋转机械故障诊断方法，诊断时可以结合多
种方法综合分析，准确判断和定位故障原因，以便及时进
行修复或更换有问题的部件。
旋转机械故障基本机理与诊断技术
图 陀螺力矩的影响
这一力矩与成正比，相当于弹性力矩。在正进动 （0＜ ＜／2)的情况下，它使转轴的变形减小， 因而提高了转轴的弹性刚度，即提高了转子的临界 角速度。在反进动（ ／2 ＜ ＜）的情况下， 这力矩使转轴的变形增大，从而降低了转轴的刚度， 即降低了转子的临界角速度。故陀螺力矩对转于临 界转速的影响是正进动时，它提高了临界转速；反 进动时，它降低了临界转速。
量信息的基础上，基于机器的故障机理，从中提取 故障特征，进行周密的分析。例如，对于汽轮机、 压缩机等流体旋转机械的异常振动和噪声，其振动 信号从幅值域、频率域和时间域为诊断机器故障提 供了重要的信息，然而它只是机器故障信息的一部 分；而流体机械的负荷变化，以及介质的温度、压 力和流量等，对机器的运行状态有重要的影响，往 往是造成机器发生异常振动和运行失稳的重要因素。
（c）当= n时，A，是共振情况，实际上由于 存在阻尼，振幅A不是无穷大而是较大的有限值， 转轴的振动仍然非常剧烈，以致有可能断裂。 n 称为转轴的“临界角速度”；与其对应的每分钟的 转数则称为“临界转速”，以nc表示 ，即
因
故
研究不平衡响应时如果考虑外阻力的作用， 则复变量式变为
其特解为
Z=|A |ej（t+）
一、概述
旋转机械的种类繁多，有发电机、汽轮机、 离心式压缩机、水泵、通风机以及电动机等，这 类机械的主要功能都是由旋转动作完成的，统称 为机器。旋转机械故障是指机器的功能失常，即 其动态性能劣化，不符合技术要求。例如，机器 运行失稳，机器发生异常振动和噪声，机器的工 作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、 压力、流量异常等。机器发生故障的原因不同， 所产生的信息也不一样，根据机器特有的信息， 可以对机器故障进行诊断。但是，机器发生故障 的原因往往不是单一的因素，特别是对于机械系 统中的旋转机械故障，往往是多种故障因素的耦 合结果，所以对旋转机械进行故障诊断，必须进 行全面的综合分析研究。
设备状态监测与故障诊断技术第5章-旋转机械故障诊断技术
2024/8/1
图5.8 典型不对中谱图
可编辑课件PPT
பைடு நூலகம்
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实例四: 转子不对中故障的诊断
MO MI PI PO
电机
水泵
出现2×频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8字形。 振动有方向性。 轴向振动一般较大。 本例中, 出现叶片通过频率。
2X频率 1X频率
叶片通 过频率
2024/8/1
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转子不平衡故障包括: ①转子质量不平衡、 ②转子偏
心、 ③轴弯曲、 ④转子热态不平衡、 ⑤转子部件
脱落、 ⑥转子部件结垢、 ⑦ 联轴器不平衡等，不
同原因引起的转子不可编平辑课衡件P故PT 障规律相近，但也各有 3
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
1．转子质量不平衡
力不平衡: 不平衡产生的振动幅值在转子第一临界转速以下随转速的 平方增大。例如，转速升高1倍，则振动幅值增大3倍。在转子重 心平面内只用一个平衡修正重量便可修正之。
4．转子热态不平衡: 在机组的启动和停机过程中，由于热交换速
度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生
瞬时热弯曲，产生较大的不平衡。热弯曲引起的振动一般与负
荷有关。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
5. 转子部件脱落 可以将部件脱落失衡现象看作对工作状态的转子
掌握滚动轴承故障诊断技术、齿轮故障诊断技术；
了解电动机故障诊断技术、皮带驱动故障诊断技术；
2024/8/熟1 悉利用征兆的故障诊可断编辑方课件法PPT。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
旋转机械转子不平衡的故障诊断
中 图分 类 号 ：Ｆ ０ 文献 标 识 码 ： Ｔ３７ Ａ 文 章 编 号 ： １４—０ ７ （０ ８ ０ ４ ９—０ ６７ ９ １２ ０ ）４—０ ４
Ｆａ ｌ ｒ ａ ｎ ｓｓ ０ ｍ ｂ ｌ ｎ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｉ ｔ ｔｎ ａ ｈ ｎ ｒ ｉ ｅ Ｄｉ ｇ ｏ ｉ ｆＩ ａ ａ ｃ ｆＲｏ ａ ｏ ｎ Ｒｏ ｉ ｇ Ｍ ｃ ｉ ｅ ｙ ｕ ａ
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由于有偏心 质量 ｍ 和偏 心距 ｅ的存 在 ， 当转 子 转动时将 产 生 离 心 力 、 心 力 矩 或 两 者 兼 而 有 之 。 离
及 材质不均 匀等原 因造 成 的 ， 出厂 时 动平 衡没 有 如
达 到平衡精 度 要 求 ， 投 用 之初 ， 会 产 生 较 大 的 在 便
振动。 渐发性 不平衡 是 由于转 子上 不均 匀结 垢 ， 质 介
中粉 尘 的 不 均 匀 沉 积 ， 质 中 颗 粒 对 叶 片 及 叶 轮 的 介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ａｂ ｔａ ｔ：ｎｔ ｉ ａ ｅ ， ｆｉ ｒ ｃ ａ ｉｍ ｎ ｈ ｒｃｅｉｔ ｆｉ ａａｎ ｅ ｉ ｏａｉ ｇ ｍａ ｈｎ ｒ Ｓａ ａｙｅ ｎ ｄ ｔｉ． Ｏｎ ｓｒ ｃ Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ａｌ ｅ ｍｅ ｈ ｎｓ ａ ｄ ｃ ａａ ｔｒｓ ｃ ｏ ｍｂ ｌ ｃ ｎ ｒ ｔｔｎ ｃ ｉｅｙ Ｗａ ｎ ｌｚｄ ｉ ｅａｌ ｕ ｉ ｔｉ ａ ｉ，ｆｉｕｅ ｃ ｕ ｅ ｒ ｏ ｎ ｕｔａ ｄ ｔｅ ｃ ｕ ｔｒ ａ ｕｅ ｒ ｏｎｔｄ ｏ ｔ ｈｓｂ ｓｓ ａｌｒ ａ ｓｓｗｅ ｅｆｕ ｄ ｏ ｎ ｈ ｏ ｎｅ ｍｅ ｒ ｓｗｅｅ ｐ ｉ ｅ ｕ ，ｗｈｃ ｒｖｄ ｓａ ｇ ｉｉ ｇｒｌ ｏ ｈ ｑｕｐ ｎ ｓ ｉｈ ｐｏ ｉｅ ｕｄｎ ｏｅｆｒｔｅ ｅ ｉｍｅ ｔ
03旋转机械故障诊断-精选文档
1、时域波形为近似的等幅正弦波。因为单纯的不平衡振动， 转速频率的高次谐波幅值很低。
2、轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆，意味着转轴同一截面上 相互垂直的两个探头，其信号相位差接近90°。椭圆是因为轴承 座及基础的水平刚度与垂直刚度不同所造成。
第三章 旋转机械故障诊断
本章内容
1、转子不平衡故障诊断，包括：转子不平衡概念、临界转速对不平衡 振动的影响、转子不平衡振动的故障特征、不平衡振动的故障原因和防 治措施、定向振动与不平衡振动故障的鉴别等。 2、转子不对中故障诊断，包括：转子不对中故障的特征、联轴节不对 中的振动频率、不对中故障的监测方法、故障诊断实例等。 3、滑动轴承故障诊断，包括：滑动轴承工作原理、滑动轴承常见故障 的原因和防治措施、高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施等。 4、转子摩擦故障诊断，包括：干摩擦故障的机理和特征、转子内摩擦 引起失稳的机理等。 5、叶片式机器中流体激振故障诊断，包括叶片式机器中的气流不稳定 故障等。
上式的特解为：
cos( t ) x A sin( t ) y A
式中， 为离心力导前位移的角度，称为相位角；A为 振幅。
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3.1.2.2 阻尼对临界转速下转子振动的影响
n 1 n
。 实际情况表明，带有一个转子的轴系，可简化成具有一个自 由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有二个转子，可 简化成二个自由度系统，对应有二个临界转速，依次类推。
n c1 其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速 ，比之大 的依次叫做二阶临界转速 、三阶临界转速 。 n c3 nc2
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3.1.2 临界转速对不平衡振动的影响
旋转机械的故障诊断
旋转机械的故障诊断1.不平衡不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障。
引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。
2.不对xx转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。
联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。
平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。
偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。
轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。
平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。
轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。
轴承不对中使轴系的载荷重新分配。
负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还使轴系的临界转速发生改变。
3.轴弯曲和热弯曲轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。
转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。
转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。
转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。
转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。
转子不论发生永久性弯曲还是临时性弯曲，都会产生与质量偏心情况相类似的旋转矢量激振力。
4.油膜涡动和油膜振荡油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承中由于油膜的动力学特性而引起的一种自激振动。
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《机械故障诊断技术》
读书报告
院系：机械与汽车工程学院
专业：机械设计制造及自动化
班级：13机制（升）
姓名：林媛
学号：01
指导老师：王平
学年：2014-2015学年第一学期
旋转机械不平衡故障的诊断案例综述
The Summary of Unbalanced Rotating Machinery Fault Diagnosis Cases 【摘要】：
在理想的情况下回转体旋转与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。
但在实际应用中的各种回转体，由于材质不均匀
或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状
等多种因素，造成了回转体的不平衡，即使静态平衡了，回转体在旋转时，其
上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，从而产生了不平衡的离心力，就造成了动态的不平衡。
转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现
缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
据统计，旋转机械约有70%的
故障与转子不平衡有关。
因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。
【关键词】：
旋转机械转子不平衡故障诊断
【Abstract】：
In the ideal case, no matter how the rotary body is rotating or not rotating, the pressure on the bearings is the same, so that the rotary body is balanced. However, b ecause material is unevenblank has some defect and machining and assembling gene rate errors,even designing has been asymmetrical geometry and so on,the various rot ary body of the practical application become to be unbalanced. Even under Static bal ance.When the rotary body is rotating,centrifugal force of inertia generated on each t iny particle can’t cancel each other out. Then the rotary body produce unbalanced ce ntrifugal force and cause dynamic imbalance. Rotor imbalance is due to partiality of mass of the rotor parts or the fault caused by rotor parts. It is most common fault of r otating machinery. According to statistics,70%fault of rotating machinery is about wi th the rotor imbalance. Therefore, there is best practical significance for research and diagnosis of unbalanced fault.
[Key Words]:
Rotating machinery; Rotor; Imbalance Fault diagnosis.
目录
前言 (1)
一、不平衡的种类 (1)
二、不平衡故障机理 (2)
三、不平衡故障的特征 (2)
四、转子不平衡的诊断方法 (4)
五、转子不平衡故障机理及诊断原因 (6)
六、案例分析 (7)
1、不平衡逐渐增大的故障诊断 (7)
2、原始质量偏心引起的不平衡 (14)
3、转子腐蚀造成的失衡 (16)
4、叶片磨损造成的转子失衡 (17)
5、气压机三种不同原因造成的不平衡故障 (19)
总结 (32)
参考文献 (34)。